同じ排気量であれば、ターボチャージャーを搭載したエンジンは、自然吸気エンジンよりもはるかに高い出力を発揮します。さらに、ターボチャージャーエンジンの固有の構造上、自然吸気エンジンにターボチャージャーを追加するよりも、ブースト圧やターボチャージャー出力をさらに高める方がはるかに容易です。だからこそ、ターボチャージャー搭載車は改造の可能性が非常に高いのです。では、ターボチャージャーの出力を最大限に高めるにはどうすれば良いのでしょうか?その方法をご紹介します。 質問 1: ターボチャージャー付きエンジンは、なぜ自然吸気エンジンよりも高い馬力を生み出せるのでしょうか?なぜターボチャージャー付きエンジンは、同じ排気量の自然吸気エンジンよりも高い出力を発揮するのでしょうか?それは、ターボチャージャー付きエンジンは燃焼室に多くの空気を取り込むため、より多くの馬力を引き出せるからです。その動作は次のようになります。まず、エンジンの排気ガスが排気側タービン(駆動輪)に排出されます。排気ガスは排気ブレードを押した後、フロントパイプに入り、ミッドからリアにかけての排気マニホールドに排出されます。排気駆動輪が動き始めると、反対側の吸気圧縮輪も回転し、中央の吸気ポートから圧縮室へ空気を吸い込みます。圧縮された空気はタービンから排出され、パイプを通ってインタークーラーで冷却された後、最終的にシリンダー内で圧縮され、燃焼・爆発を引き起こします。 ターボチャージャーの基本的な動作原理は、エンジンの燃焼後の排気ガスが排気タービンブレードを駆動し、排気タービンブレードが吸気タービンブレードを駆動して空気を吸い込み、エンジンの燃焼室に送り込むというものです。これにより、より多くの空気が燃焼室に噴射され、より強力な爆発力が発生し、エンジンはより高い出力を発揮できるようになります。 ターボチャージャーシステムを標準装備したエンジンは、自然吸気エンジンよりもはるかに強力です。そのため、圧縮比を高めたり、ターボチャージャーをより大容量で空気流量の多いものに交換したりすることで、すぐに馬力を向上させることができます。また、空気がフィルターからエンジンに吸い込まれる過程で、エアフィルターの後ろにあるフローメーターが測定した空気流量をECUに伝え、燃料インジェクターに適切な量の燃料を噴射するよう指示します。加速時には、マニホールド圧力センサーがマニホールド圧力を検知し、設定されたブースト圧力値を超えるとアクチュエーター排気圧リリーフバルブを開いて余分な排気ガスを排出し、最大ブースト圧力を維持します。スロットル戻し時には、スロットルボディの前、ターボチャージャーの後にある吸気圧リリーフバルブが負圧によって開き、パイプライン内の正圧の空気をエアフローメーターに戻すか、排気ガスを直接放出して、ブーストされたガスがターボチャージャーに逆流しないようにします。これがターボチャージャー付きエンジンの動作プロセスです。ターボチャージャーの作動により、吸気マニホールド全体に空気が充満され、正圧状態が実現します。高圧の空気がいつでも燃焼室に流入できるため、燃焼室はより多くの空気で満たされ、エンジンが単独で空気を吸入する場合よりも強力な燃焼と爆発力が得られます。これが、ターボチャージャー付きエンジンがよりパワフルな理由です。 写真のWRX STI(VAF)は、ギャレット製3071Rターボチャージャーに換装されており、エアフローが大きく、500馬力アップが見込まれます。ただし、周辺システムや配管の調整も必要となります。これは日本車ではターボチャージャーを大型化する際の一般的な手法です。質問 2: 大型ターボチャージャーの需要はいつ高まりますか?エンジンの排気量や使用条件に応じて、ターボチャージャーにはさまざまなサイズがあります。違いは押し出す空気の量にあります。簡単に言えば、小型のターボチャージャーはより早く作動し、すぐに正圧に達します。低回転を重視する一般的な市街地走行や、オートマチックトランスミッション車の場合は、小型のターボチャージャーが適しています。では、どのような場合に大型のターボチャージャーにアップグレードする必要があるのでしょうか?一般的に2つの状況があります。1つは、既存のターボチャージャーが高回転および高負荷で圧力を維持できなくなった場合です。つまり、高回転でターボゲージのブースト圧が低下し、高回転でターボチャージャーによって送り出される空気の量がエンジンに吸い込まれる空気の量に対して不十分であることを示しています。そのため、ゲージ圧が低下し始めます。これは、ターボチャージャーがフル出力でエンジンに十分な空気量を提供していないことを意味します。ドライバーが期待する圧力値を達成するには、より大きなターボチャージャーに交換する必要があります。 ターボのアップグレードが大きすぎる場合、または高いブースト圧力を設定する予定の場合は、アップグレード後のエンジンが高圧と高温に耐えられるように、エンジンの内部ピストンとコネクティングロッドをより強力な鍛造部品に交換することをお勧めします。 ターボチャージャーをアップグレードした後は、ターボチャージャーと中間排気管をつなぐダウンパイプをストレートタイプに交換する必要があります。これは、このパイプに純正触媒コンバーターが設置されているため、高温の排気ガスが滞留する可能性があるためです。排気ガスの排出性を改善する対策を講じないと、排気温度が過度に上昇し、エンジンまたは触媒コンバーターに損傷を与える可能性があります。もう一つの理由は加速性能の向上です。これは基本的に、同じ時間内にシリンダーにより多くのガスを送り込むことを意味します。しかし、ターボチャージャーを大型化すると、シリンダーからの排気ガスが不足し、ターボチャージャーが最大ブースト圧に達することができないため、低回転域でエンジンラグが発生する可能性があります。この現象はターボチャージャーの大型化によって顕著に増幅されるため、ドライバーにとって非常に厄介な問題となります。いずれにせよ、ターボチャージャー付きエンジンで純正ターボチャージャーの限界を突破し、さらなる高出力化を目指すのであれば、大型ターボチャージャーへの交換は不可欠です。改造方法やターボチャージャーのサイズ調整については、引き続きご説明いたします。 現在、工場で改造されたターボチャージャーを通して空気の流れを増やす方法は、欧州車ではますます一般的になりつつあり、多くの日本の工場で改造されたターボチャージャー付きエンジンも同様の改造方法を徐々に採用しており、全体的な結果はかなり良好です。 一部の日本車ではターボ圧力コントローラーを調整することでブースト圧力を高め、馬力を向上させることができますが、高回転での持続的な加速はターボチャージャーのサイズを大きくするほど効果的ではありません。 ターボチャージャーのエアフローを調整した場合は、燃料供給が十分かどうかを再検討することをお勧めします。不十分な場合は、コンピューターまたはチップを改造することでエンジンの耐久性を確保できます。 【100の質問】ターボチャージャーには何を追加すべきか?(パート2)ターボチャージャーアップグレードの原則の紹介